DE69300670T2

DE69300670T2 - Entlüftungsmatte bestehend aus Nylonfasern.

Info

Publication number: DE69300670T2
Application number: DE69300670T
Authority: DE
Inventors: William R Dahlgren
Original assignee: Airtech International Inc
Current assignee: Airtech International Inc
Priority date: 1992-06-08
Filing date: 1993-06-07
Publication date: 1996-06-20
Anticipated expiration: 2013-06-08
Also published as: US5261993A; ES2080558T3; EP0585545A1; DE69300670D1; CA2097862A1; JPH06210640A; EP0585545B1; AU4007493A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Harze und/oder Klebstoffe enthaltenden Teilen, wie Platten für Flugzeuge, Schiffe und Kraftfahrzeuge.

Beschreibung des Standes der Technik

Das Härten von geformten Verbundkörpern, die Fasern, wie Graphit- oder Kevlarfasern, enthalten, die mit duroplastischen Harzen imprägniert sind, und das stoffschlüssige Verbinden der Lagen von dünnen Schichtstoffen aus Metall oder Metall und Harz mit duroplastischen Klebstoffen ist als ein effektives Verfahren zum Herstellen von Leichtbauplatten hoher Festigkeit usw. bekannt.
Beim Herstellen von Verbundstoffen nach derartigen Verfahren wird der betreffende Teil im ungehärteten und etwas geschmeidigen Zustand auf ein geformtes Werkzeug gelegt. Während des Verformens und Härtens des Teils wird dieser einer relativ hohen Temperatur und einem relativ hohen Druck unterworfen, um Luft, Feuchtigkeit und flüchtige Stoffe aus dem Werkstoff zu entfernen.
Zum stoffschlüssigen Verbinden von dünnen Lagen aus Metall oder aus Metall und einem Verbundstoff wird zwischen diesen Lagen ein duroplastischer Klebstoff vorgesehen und werden sie ebenfalls auf einem geformten Werkzeug angeordnet und während des Formens und stoffschlüssigen Verbindens einer hohen Temperatur und einem hohen Druck unterworfen, damit die Luft, flüchtigen Stoffe usw. entfernt werden.
Zum stoffschlüssigen Verbinden von Formkörpern werden die stoffschlüssig zu verbindenden Teile im allgemeinen auf ein geformtes Werkzeug gelegt und mit einem flexiblen porösen Entgasungspolster bedeckt. Dann wird darauf ein Vakuumsack gelegt, der an dem Werkzeug befestigt wird. Diese Anordnung wird dann in einem Autoklaven erhitzt und dabei einem Vakuum unterworfen, damit beim Härten Luft und flüchtige Stoffe aus dem Sack und dem Harzmaterial und einem gegebenenfalls vorhandenen Klebstoff abgesaugt werden und der zu verformende Teil gegen das Werkzeug gepreßt wird. Das Entgasungspolster ermöglicht ein gleichmäßiges Einwirken eines Vakuums auf alle Bereich des Teils und/oder des Klebstoffes. Während dieses Vorganges werden durch Druckbeaufschlagen des Autoklaven das satte Anpassen des Teils an die Kontur des Werkzeuges und das Entfernen der Luft, flüchtigen Stoffe usw. von dem Teil unterstützt.
Bisher sind Entgasungspolster aus ineinandergeschlungenen Fasern aus Polyester hergestellt worden und waren sie im allgemeinen zufriedenstellend, wenn die Härtetemperaturen nicht beträchtlich höher waren als etwa 149ºC. Mit der Entwicklung von Verbundstoffen und Klebstoffen von höherer Festigkeit und mit anderen erwünschten Eigenschaften hat es sich jedoch gezeigt, daß sie bei höheren als den vorstehend angegebenen Temperaturen gehärtet und unter höheren als den üblichen Verformungsdrücken verformt werden müssen. Infolgedessen wurden die Polyesterfasern des Entgasungspolsters erweicht und zusammengepreßt oder sogar miteinander verschmolzen, so daß die Zwischenräume zwischen den Ineinandergeschlungenen Fasern geschlossen wurden und ein gleichmäßiges Absaugen von flüchtigen Stoffen usw. aus allen Bereichen des zu behandelnden Materials und eines gegebenenfalls vorhandenen Klebstoffes verhindert wurde. Daher kam es häufig vor, daß der erhaltene Teil nicht zu einem massiven, dichten Gebilde verformt wurde, sondern Bereiche mit weniger stark integrierter Struktur aufwies.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Daher besteht eine Hauptaufgabe der Erfindung in der Schaffung eines Entgasungspolsters der vorstehend beschriebenen Art, das ohne nennenswerte Beeinträchtigung seiner Eigenschaften höheren Temperaturen und Drücken gewachsen ist als übliche Polster aus Polyester.
Eine weitere Aufgabe ist die Schaffung eines derartigen Entgasungspolsters, dessen Porosität unter beträchtlich höheren Temperaturen und Drücken erhalten bleibt als dies bei Entgasungspolstern aus Polyester möglich ist.
Eine weitere Aufgabe ist die Schaffung eines derartigen Entgasungspolsters, in dem die Elastizität der Faser unter höheren als den bisher bei Polstern aus Polyester zulässigen Drücken und Temperaturen erhalten bleibt.
Eine weitere Aufgabe ist die Schaffung eines derartigen Entgasungspolsters, das in seiner ganzen Ausdehnung eine sehr einheitliche Porosität besitzt.
Ich habe erkannt, daß bei einer Verwendung von Nylonfasern anstelle von Polyesterfasern ein verbessertes Entgasungspolster erhalten wird, das beträchtlich höheren Temperaturen und Drücken als übliche Polyesterpolster ohne nennenswerte Verminderung der Porosität und Elastizität des Polsters gewachsen ist.
Ferner habe ich erkannt, daß den Nylonfasern bestimmte geeignete Fasermaterialien, wie Glas- oder Polyesterfasern, beigemischt werden können, ohne daß die Temperaturoder Drucktoleranz des erhaltenen Polyesters unzulässig vermindert wird. Derartige Gemische können z.B. bis zu bis zu 49 Gew.-% aus den Nichtnylonfasern bestehen.
In Tests ist festgestellt worden, daß mein verbessertes Entgasungspolster Temperaturen von mindestens 230ºC und Autoklavendrücken von bis 13,8 bar ohne nennenswerte Veränderung seiner Porosität oder Elastizität gewachsen ist. Dabei liegt der Vicat-Erweichungspunkt des Materials, d.h. der Punkt, an dem es zu erweichen beginnt, nur 2,75ºC unter seinem Schmelzpunkt von etwa 252ºC. Dagegen liegt der Vicat- Erweichungspunkt von Polyester bei etwa 152ºC, so daß es für die Verarbeitung bei Temperaturen von 177ºC oder darüber nicht geeignet ist.
In der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zugrundeliegenden EP-A-0 318 867 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, mit denen ein Knicken von thermoplastischen Verbund-Schichtstoffen bei einer Behandlung im Autoklaven verhindert werden soll. Aus diesem Dokument geht hervor, daß der Schlchtstoff um seinen Umfang herum mit Randstreifen versehen werden kann, damit bei druckbeaufschlagtem Autoklaven der Vakuumsack des Autoklaven die Ränder des Schichtstoffes nicht berühren kann. Infolgedessen kann der Vakuumsack auf die Ränder des Schichtstoffes keine einwärtsgerichteten Kräfte ausüben, die sonst zum Knicken des Schichtstoffes führen würden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Lösung der vorgenannten und anderer Aufgaben der Erfindung geht ohne weiteres aus der vorliegenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnung hervor. In dieser zeigt
Figur 1 in einem vergrößerten Querschnitt teilweise weggebrochen einen aus einem Harzverbundstoff bestehenden ungehärteten Teil, der auf einem Formwerkzeug montiert ist und auf dem vor dem Härten in einem Autoklaven mein verbessertes Entgasungspolster liegt.
Figur 2 zeigt in einem vergrößerten Querschnitt teilweise weggebrochen ein Nadelbrett zum Verdichten von vorverdichteten Nylonfasern auf eine für die Zwecke der Erfindung gewünschte Dicke eines Entgasungspolsters.
Figur 3 zeigt in einem vergrößerten Querschnitt teilweise weggebrochen die mit dem Nadelbrett verdichteten Fasern.
Figur 4 zeigt in einem vergrößerten Tellquerschnitt einen Teil mit aufeinanderliegenden Lagen aus Metall und einer dazwischen vorgesehenen Schicht aus duroplastischem Klebstoff.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

In Figur 1 der Zeichnung ist ein starres Formwerkzeug 11 dargestellt, das aus Metall, Faserglas oder einem anderen genügend starren Werkstoff bestehen kann, der relativ hohen Temperaturen gewachsen ist und dessen Oberfläche 12 entsprechend der gewünschten Form eines darauf auszubildenden Bauteils konturiert ist.
Auf der Oberfläche 12 des Werkzeuges ist eine dünne Schicht 13 aus einem Antihaftmittel einer beliebigen bekannten Art, vorzugsweise in Form einer nicht klebfähigen Flüssigkeit oder Paste, vorgesehen. Auf dieser Schicht liegt ein ungehärteter Teil 14 von beliebiger Dicke. Der Teil 14 ist ein Verbundkörper aus einem duroplastischen Harz und Verstärkungsfasern aus Graphit, keramischem Material oder einem ähnlichen hitzebeständigen Material. Der Teil 14 ist im ungehärteten Zustand geschmeidig und kann daher der Kontur der Werkzeugoberfläche 12 entsprechend verformt werden.
Auf dem Teil 14 liegt eine Feinfohe 15 aus einem Antihaftmittel mit einer Anzahl von kleinen Perforationslöchern 16. Diese Feinfolie 15 kann aus jedem bekannten Material mit Anithafteigenschaften bestehen und hat vorzugsweise eine Dicke in einer Größenordnung von 0,013 bis 0,05 mm.
Gemäß der Erfindung wird auf die Antihaftfolie 15 ein nachstehend ausführlich beschriebenes Entgasungspolster 116 und auf das Polster 116 ein flexibler Vakuumsack 17 gelegt. Der Vakuumsack besteht aus einem geeigneten hitzebeständigen Material vorzugsweise in einer Dicke in der Größenordnung von 0,05 mm bis 0,13 mm. Die Ränder des Sackes 17 werden durch ein geeignetes Dichtklebeband 20 einer beliebigen bekannten Art mit den Außenrändern der Werkzeugoberfläche 12 dicht verbunden, so daß der Teil 14 und das Entgasungspolster 116 gegenüber der Umgebung hermetisch abgedichtet sind. Durch einen geeigneten Vakuumventilanschluß 18 ist das Innere des Sackes 17 über einen Schlauch 201 mit einer nicht gezeigten, geeigneten Vakuumpumpe oder anderen Vakuumquellen verbunden.
Zum Härten wird die in Figur 1 gezeigte Anordnung in einen nicht gezeigten Autoklaven gelegt. Zum Absaugen von Luft aus dem Raum unter dem Sack 17 wird dort ein Vakuum angelegt. Der Autoklav wird auf eine geeignete Temperatur geheizt. Um das Anpressen des Teils 14 an das Werkzeug 11 zu unterstützen, wird der Autoklav auch druckbeaufschlagt. Während dieses Vorganges zum Härten des Werkstoffes des Teils 14 werden Luft, Feuchtigkeit und flüchtige Stoffe durch das Entgasungspolster 116 und die Saug- und Druckausglelchsleitung 201 hindurch vollständig aus dem Material des Teils 14 herausgesaugt, so daß der Teil 14 nach seinem Härten porenfrei sein und die gewünschten Eigenschaften besitzen kann.
Nach dem vollständigen Durchführen des Härtevorganges werden der Vakuumsack, das Entgasungspolster und die Antihaftfolle 15 abgenommen und wird der fertige Teil von der Werkzeugoberfläche entfernt.
Gemäß der Figur 4 kann der Teil aus zwei aufeinanderliegenden Lagen 27 und 28 aus Metall und einer zwischen ihnen vorgesehenen Schicht 29 aus einem geeigneten duroplastischen Klebstoff bestehen. In diesem Fall wird während des zum stoffschlüssigen Verbinden durchgeführten Schritts der Sack 17 evakuiert, so daß von der Klebstoffschicht 29 an ihren Außenrändern 30 Luft, Feuchtigkeit und flüchtige Stoffe entfernt werden und dadurch die Klebfähigkeit der Schicht verbessert wird. Die Lagen 27 und 28 können auch aus anderen Werkstoffen bestehen. Beispielsweise kann die eine Lage aus Metall und die andere aus einem Verbundstoff bestehen.
In den Figuren 2 und 3 ist die Herstellung eines Materials für ein erfindungsgemäßes Entgasungspolster durch Nadeln erläutert. In einem ersten Schritt werden elastische Nylonfasern 16a in Wirrlage zu einem Ballen gebündelt. Diese Fasern haben vorzugsweise einen Durchmesser in der Größenanordnung von 0,013 mm und können aus jungfräulichem Nylon oder Nylonabfall bestehen. Sie haben vorzugsweise eine Länge von etwa 50,8 bis etwa 101,6 mm. Man kann die Nylonfasern auch mit bis zu 49 Gew.-% anderen Fasern, wie Glasfasern, Polyesterfasern oder anderen geeigneten Fasern, zu einem für die Zwecke der Erfindung geeigneten Gemisch vermischen.
In dem Verfahren zum Herstellen des Materials für das erflndungsgemäße Entgasunspolster werden die aus Nylon oder aus Nylon und anderen Fasern bestehenden Ballen zerfasert und dann aus den Fasern Faservliese einer geeigneten Dicke hergestellt, die danach einem Nadelbrett zugeführt werden, in dem Anordnungen von Nadeln 23 mit rechtwinklig abgebogenen oberen Enden 26 montiert sind, die durch das Faservlies hindurch auf- und abwärtsbewegt werden, so daß die Fasern miteinander verschlungen und zu einem Entgasungspolster einer geeigneten Dicke verdichtet werden. In Figur 2 ist das Nadeln mit dem Nadelbrett erläutert. Figur 3 zeigt in größerem Maßstab ein Teilstück des Materials für das Entgasungspolster nach dem Nadeln. Die Dicke dieses Materials kann je nach den durch bestimmte Härtevorgänge bedingten Anforderungen gewählt werden. Für derartige Verfahren werden von dem in Rollen angelieferten Material einzelne Entgasungspolster abgeschnitten.
Die Herstellung von Entgasungspolstern aus aus Nylonfasern bestehenden Ballen ist dem bekannten Verfahren zum Herstellen von Entgasungspolstern aus Polyesterfasern analog und stellt bis auf den Ersatz des Materials aus Polyesterfasern durch Material aus Nylonfasern keinen Teil der Erfindung dar. Die Schritte des Nadelverfahrens sind so gut bekannt, daß sie hier nicht näher erläutert zu werden brauchen.
Zusammenfassend kann gesagt werden, daß das erfindungsgemäße Entgasunspolster bei seiner Manipulation formhaltig ist und nach dem Pressen bei einer Temperatur unter seinem gewöhnlich bei 243 bis 249ºC liegenden Schmelzpunkt annähernd in dieselbe Form zurückfedert. Infolgedessen kann es manchmal für eine Anzahl von Härtevorgängen verwendet werden, während Entgasungspolster aus Polyester beim Pressen bei Härtetemperaturen ihre Elastizität stets verlieren.
Nylonmaterial für erfindungsgemiße Entgasungspolster ist von der AIRTECH International, Inc., in Carson, California, unter der Marke Ultraweave erhältlich. Dieses Produkt kann bis zu einer Temperatur von 232ºC verwendet werden und hat einen Schmelzpunkt von 249ºC. Es ist in verschiedenen Gewichten und Dicken erhältlich. Die Dicke des Materials für Entgasungspolster steht direkt mit seinem Flächengewicht (kg/m²) in Beziehung. Gewöhnlich hat das Material nur eine einem Flächengewicht von 0,135 kg/m² bis 0,85 kg/cm² entsprechende Dicke.
Ein weiteres Nylonmaterial für Entgasungspolster ist von der AIRTECH International, Inc., unter der Marke Nylweave erhältlich. Dieses Material ist bis zu einer Temperatur von 204ºC verwendbar und hat einen Schmelzpunkt von 216ºC.
Aus dem vorstehend gesagten ist erkennbar, daß ich ein Entgasungspolster geschaffen habe, das seine Porosität und Elastizität über viel weitere Temperatur- und Druckbereiche beibehält als dies bei den bisher bekannten Entgasungspolstern aus Polyester der Fall ist. Ein weiterer Vorteil meines Entgasungspolsters aus Nylon gegenüber den Polstern aus Polyester ist die Tatsache, daß es eine einheitlichere Struktur hat als die bekannten Polstern, in denen manche Bereiche dünner sind als andere.

Claims

1. Entgasungspolster (116) in erster Linie für die Verwendung beim stoffschlüssigen Verbinden und/oder Härten eines Teils (14), der duroplastisches Harz-Verbundmaterial oder metallische Materialien und Klebstoff oder eine Kombination derselben aufweist, wobei der genannte Teil (14) zwischen einem Formwerkzeug (11) und dem Entgasungspolster (116) über dem genannten Teil (14) in dichte Anlage gebracht wird, so daß durch Anlegen eines Vakuums während des Vorganges zum stoffschlüssigen Verbinden und/oder Härten der Vakuumback (17) evakuiert werden kann und flüchtige Substanzen durch das Entgasungspolster (116) hindurch von dem genannten Teil (14) entfernt werden können, dadurch gekennzeichnet, daß das Entgasungspolster (116) eine einen elastischen porösen Körper bildende Masse aus Nylonfasern aufweist.

2, Entgasungspolster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Fasern aus jungfräulichem Nylon bestehen.

3. Entgasungspolster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern im Gemisch mindestens 51% Nylonfasern enthalten und der Rest aus Fasern aus einem geeigneten kompatiblen Material besteht.

4. Entgasungspolster nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die restlichen Fasern Glasfasern sind.

5. Entgasungspolster nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die restlichen Fasern Polyesterfasern sind.

6. Entgasungspolster nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern einen Querschnittsdurchmesser in einer Größenordnung von 0,0127 mm haben.

7. Entgasunspolster nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern eine Länge in einer Größenordnung von 50 bis 101 mm haben.

8e Entgasungspolster nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern eine Länge in einer Größenordnung von 50 bis 101 mm haben.

9. Entgasungspolster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus Nylonabfall bestehen.